3.4. Теплообменники, применяемые в тепловых аппаратах

Теплообменники предназначены для переноса теплоты от источников тепловой энергии к обрабатываемым продуктам.

Теплообменники подразделяют на два основных типа: поверхностные теплообменники и теплообменники смешения. В поверхностных теплообменниках теплоперенос осуществляется через разделяющую перегородку. Их принципиальные схемы приведены на рис. 3.1.

Поверхностные теплообменники. Данные теплооб­менники подразделяются на следующие группы: с от­крытой греющей поверхностью; с рубашками; с внутрилежащей поверхностью нагрева; с поверхностными нагревателями без теплоносителей; трубчатые; па­нельные.

В теплообменнике с открытой греющей поверх­ностью (рис. 3.1, а) нагреваемый объект устанавли­вается на плиту, выполняющую роль греющей поверх­ности. Теплота воспринимается греющей поверхностью от нагревательного элемента.

В аппаратах с рубашкой (рис. 3.1, б) греющий агент поступает в пространство, заключенное между рубаш­кой и корпусом аппарата.

Аппараты с внутрилежащей греющей поверхностью (рис. 3.1, в) могут быть различных типов, но во всех случаях она расположена внутри нагреваемой жидко­сти. В аппаратах с поверхностными нагревателями (рис. 3.1, г, д) нет теплоносителя. В них теплота пере­дается непосредственно от нагревателя к стенкам аппарата. Условно к аппаратам этого типа можно отнести, также теплообменники, в которых стенки обогреваются открытым пламенем.

Рис. 3.1. Принципиальные схемы поверхностных теплообменников: а — с открытой греющей поверхностью: 1 — нагревательный, элемент; 2 — греющий элемент; 3 — нагреваемый объект; б —с рубашкой: 1— патрубок для входа греющего агента; 2 — рубашка; 3 — нагреваемый объем; в —с внутрилежащей поверхностью нагрева: 1 — рабочий объем; 2— электронагреватель; г — с поверхностными нагревателями: 1 — гибкие нагреватели; 2 — нагреваемый объем; д — с огневым нагревом; е — труб­чатый одноходовой: 1 — корпус; 2 — трубы; 3 — патрубок для входа греющего агента; 4 — патрубок для выхода нагреваемой жидкости; 5 — верхняя крышка; 6, 8 — трубные решетки; 7 — патрубок для выхода греющего агента; 9 — верхняя крышка; 10 — патрубок для входа нагреваемой жидкости; ж — трубчатый многоходовой: 1 — корпус; 2—перегородки между труб; 3 — трубы, 4 — патрубок для выхода греющего агента; 5 — патрубок для входа нагреваемой жидкости; 6, 13 — вертикальные пере­городки; 7 — патрубок для выхода нагреваемой жидкости; 8, 12 — крышки; 9, 11 — трубные решетки; 10 — патрубок для выхода греющего агента; з — аппарат «труба в трубе»: 1 — труба для нагреваемой жидкости; 2 — патрубок для входа греющего агента; 3 — труба для греющего агента; 4— патрубок для входа греющего, агента; и — панельные: 1 — вход нагреваемой жидкости; 2 — панель; 3 — вход греющего агента; 4 — выход нагреваемой жидкости; 5 — выход греющего агента

В практике пищевых производств наибольшее рас­пространение получили трубчатые теплообменники самых различных конструкций. На рис. 3.1, е, ж, з представлены три широко применяемых вида трубча­тых теплообменников. В первом из них, (рис. З.1, е) нагреваемая жидкость поступает в трубы, а в межтруб­ное пространство подается греющий агент. В много­ходовых трубчатых аппаратах (рис. 3.1, ж) нагревае­мая жидкость за счет установки перегородок движется в одной части аппарата вверх, в другой вниз. В этих аппаратах для создания организованного потока греющего агента в межтрубном. пространстве также установлены перегородки.

В аппарате типа труба в трубе (рис. 3.1, з) нагре­ваемая жидкость движется по внутренней трубе, а грею­щий агент находится в кольцевом зазоре между вну­тренней и наружной трубами.

В панельных теплообменниках (рис. 3.1, и), которые имеют широкое разнообразие конструктивных форм, нагреваемая жидкость поступает в панели, которые обогреваются снаружи. При этом обогрев можно осу­ществлять теплоносителем или открытым пламенем.

Теплообменные аппараты предприятий обществен­ного питания можно подразделить на следующие основ­ные группы: с открытой греющей поверхностью; с ру­башкой; с внутрилежащей поверхностью нагрева; с по­верхностными нагревателями без теплоносителей; с лу­чистым нагревом; с лучисто-конвективным нагревом; с непосредственным контактом теплообменных сред.

Аппараты с открытой греющей поверхностью назы­вают аппаратами с промежуточной поверхностью или плитами. Большинство плит действительно выполняют роль промежуточных поверхностей, потому что от обо­греваемой поверхности (плиты) теплота передается не продукту, а стенке какой-то емкости, в которой нахо­дится продукт. Именно эта стенка выполняет роль теплопередающей перегородки, непосредственно кон­тактирующей с продуктом. В качестве источника теп­лоты в плитах могут быть электроэнергия и огневой обогрев.

Существуют, например, плиты, на поверхности кото­рых осуществляют жарку продуктов. В этом случае греющая поверхность остается открытой, но она не выполняет роль промежуточной.

Самыми распространёнными в общественном пита­нии теплообменниками являются аппараты с рубашка­ми (рис. 3.2, а — л). Подразделить их можно по виду теплоносителя, по способу получения и подвода этого теплоносителя, по способу нагрева теплоносителя.

По виду теплоносителя выделяют аппараты с рубашкой с водяным, пароводяным и паровым обо­гревом. Известны аппараты с рубашками, в которых используются высокотемпературные теплоносители.

По способу получения теплоносителя их подразделяют на аппараты с подводом теплоноси­теля из централизованных источников и с автономным получением теплоносителя.

По способу нагрева теплоносителя, по­лучаемого автономно, можно выделить аппараты с нагревом от электронагревателей, от пара и аппараты с рубашками с огневым обогревом.

Аппараты с рубашками можно подразделить также по форме самого аппарата и форме рубашки. По этому признаку выделяют аппараты прямо­угольные, цилиндрические с плоским; коническим, ци­линдрическим, полусферическим днищем. Днища могут быть вогнутыми и выпуклыми. Рубашка может быть гладкостенной и с выдавками, позволяющими создать организованный поток теплоносителя. За последние годы широкое распространение получили аппараты с рубашками, которые снабжены панелями, существенно увеличивающими поверхность контакта с источником тепловой энергии.

Теплообменники с рубашками подразделяют по давлению, под которым находится нагреваемый продукт. Наиболее известны аппараты, работающие при атмосферном давлении. Менее широко применяют аппараты, работающие под избыточным давлением, называемые автоклавами.

Многие теплообменные аппараты, применяемые в общественном питании, имеют внутрилежащую поверх­ность нагрева (рис. 3.3). Некоторые из аппаратов с рубашками для автономного получения пара или на­грева теплоносителя имеют внутрилежащую поверх­ность нагрева в виде поверхностей тэнов, змеевиков и т. п.

В качестве греющих элементов в этих теплообменниках могут быть использованы также трубчатые теплообменники, дымоходы и огневоды. Аппараты, схемы которых представлены на рис. 3.3, а, б, в, служат в качестве водоподогревателей, или кипятильников. Теплообменники (рис. 3.3, д) предназначены для нагре­ва высокотемпературных теплоносителей.

Рис. 3.2. Схемы теплообменник аппаратов с рубашкой:

а — с водяных обогревом: 1 — патрубок для входа греющей воды; 2 — рубашка; 3 — корпус аппарата; 4—патрубок для выхода греющей воды; б — с паровым обогревом (рубашка имеет выдавки): 1— патрубок для входа пара; 2 — рубашка с выдавками; 3 — корпус аппарата; 4—выдавки; 5 — патрубок для выхода конденсата; в — с пароводяным обогревом: 1— рубашка; 2 — корпус аппарата; горелка (для огневого обогрева); г — с обогревом от высокотемпературного теплоносителя (фритюрница, сковорода): 1 — рубашка; 2 — корпус аппарата; 3 —электронагреватель для нагрева теплоносителя; д — с централизованным паровым нагревом: 1 — патрубок для входа пара; 2—отражатель; 3—корпус аппарата; 4— рубашка; 5 — патрубок для выхода конденсата; е — с паровым обо­гревом в автономным получением пара (электронагревателем): 1 — ру­башка; 2 — корпус аппарата; 3 — парогенератор; 4 — электронагреватель (тэн); ж — с паровым нагревом: 1 — рубашка; 2 — корпус аппарата; 3 — парогенератор; 4 — змеевиковый нагреватель; 5 — патрубок для выхода конденсата; 6 — патрубок для входа пара; з — с огневым нагревом (аппарат с панелями): 1 — рубашка; 2 — корпус аппарата; 3 — панели; 4 —горелки; и — с электродным нагревом: 1 — рубашка; 2 — корпус аппарата; 3 — парогенератор; 4 — электроды; к — с паровым обогревом при повышенном давлении (автоклав): 1 — патрубок для входа пара; 2 — рубашка; 3 — корпус аппарата; 4 — предохранительный клапан; 5 — гер­метичная крышка; 6 — патрубок для выхода конденсата; л — с паровым обогревом с пониженным давлением (вакуум-аппарат): 1 — патрубок для входа пара; 2 — рубашка; 3 — герметичная крышка; 4 — конденсатор; 5— корпус аппарата; 6 — патрубок для отвода конденсата

Рис. 3.3. Схемы теплообменных аппаратов с внутри лежащей по­верхностью нагрева:

а —с тэном: 1 — тэн; 2—корпус аппарата; б — с змеевиком: 1 — пат­рубок для выхода конденсата; 2 — патрубок для входа пара; в — теплооб­менник: 3 — корпус аппарата; 4 — трубчатый теплообменник: г — с дымо- или огневодом: 1 — дымо- или огневод; 2 — корпус аппарата; д — с тэном для высокотемпературного нагрева (фритюрница): 1 — тэн; 2 — корпус аппарата, заполненный маслом; 4 — корзина с продуктом

В общественном питании широко используют теплообменные аппараты, в которых электронагреватели вмонтированы непосредственно в стенки корпуса. Это — варочные котлы, сковороды, различные непрерывно действующие жарочные аппараты и др.

Все большее распространение в общественном пита­нии получают теплообменные аппараты с ИК-нагревом. В этих аппаратах используются специальные ИК-излучатели или высокотемпературные электронагреватель­ные элементы. Прогрев продукта осуществляется за счет лучистого нагрева поверхности продукта и пере­дачи теплоты внутрь его теплопроводностью. Некоторую роль в нагреве продукта играет естественная конвекция воздуха.

К аппаратам с использованием лучистой энергии относят различного рода жарочные и пекарные шка­фы. На лучистой энергии работают непрерывно дейст­вующие жарочные аппараты, в которых продукт, перемещаемый конвейером, несущий орган которого выполнен в виде сетки, сверху и снизу воспринимает лучистую энергию от инфракрасных излучателей (ИК-лампы).

Кроме всех перечисленных теплообменников, на предприятиях общественного питания применяются аппараты с нагревом продуктов путем непосредствен­ного контакта теплообменных сред. На рис. 3.4 пред­ставлены схемы пароварочных аппаратов. Суть работы всех этих теплообменников заключается в том, что пар подается во внутреннее пространство корпуса аппарата и вступает в контакт с продуктом (так называемый «острый пар»). Пар конденсируется и на продукте, и на посуде (функциональных емкостях) и отдает им свою теплоту.

Рас. 3.4. Схемы теплообмен­ников с непосредственным контактом теплообменных сред:

а — с централизованной подачей пара: 1 — сборник конденсата; 2 — патрубок для подвода пара; 3—функциональная емкость без отверстий; 4 — корпус ап­парата; 5 — функциональная емкость с отверстиями; 6 — патрубок для отвода конденса­та; б — с автономным пароге­нератором: 1 — парогенератор; 2 — корпус аппарата; 3 — функ­циональная емкость без отвер­стий; 4 — функциональная ем­кость с отверстиями; в — не­прерывно действующий: 1 — корпус аппарата; 2 — емкость для продуктов; 3 — загрузочный бункер с затвором; 4 — патру­бок для отвода конденсата; 5 — разгрузочный буккер с за­твором для отвода готового продукта; 6 — цепной транспор­тер; 7 — патрубок для ввода пара

.